李 梁，王 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

汽車車身腐蝕是我國除去交通事故、零件磨損外致使汽車損壞報廢的重要原因之一。另外，全世界每年每輛汽車因金屬腐蝕而導致的平均損失在150～250 美元。造成腐蝕的主要原因是酸性雨淋、工業(yè)性大氣、沿海含氯化鈉等環(huán)境引起的車身鈑金的電化學腐蝕。針對車身防腐性能的提升，多數汽車企業(yè)有專門的防腐方法和評價標準，并將涂裝同步工程應用到新車型的開發(fā)中。在汽車設計同步工程中，從車身結構設計、材料、工藝等多方面進行分析，改善車身結構設計，提升內腔電泳漆膜的防腐性。

1 車身材料防腐性分析

目前汽車制造所使用的材料主要以金屬為主，通用的金屬材料主要包括黑色金屬和有色金屬。黑色金屬也就是通常所說的鋼鐵材料，在汽車總質量中占比約為72%～88%，主要用于汽車的車身、底盤、動力和傳動系統(tǒng)等。在車身用材中，鋼鐵材料占比90%以上，由輕質合金材料構成的有色金屬占比不足10%。車身常用的鋼鐵材料按表面結構特征可以分為普冷碳鋼（冷軋鋼板）和涂鍍層材料（一般為鍍鋅鋼板）。

金屬材料本身對于環(huán)境的抗腐蝕能力不同也會影響車身的抗腐蝕性能。不同金屬材料在瓊海熱帶季風及海洋濕潤氣候條件下的腐蝕速率見圖1。圖2 為車身冷軋板和各類鍍鋅板的板材穿孔腐蝕數據對比。

圖1 不同金屬材料在瓊海熱帶季風及海洋濕潤氣候條件下的腐蝕速率Figure 1 Corrosion rate of different metal materials under the conditions of the Qionghai tropical monsoon and humid climate

圖2 車身冷軋板和各類鍍鋅板的板材穿孔腐蝕數據Figure 2 Corrosion data of sheet perforation of cold-rolled sheet and various types of galvanized sheet

由圖1、2 可以看出，鍍鋅鋼板在減緩腐蝕速度以及抗腐蝕穿孔的能力等方面要明顯優(yōu)于冷軋鋼板。因此，選擇適合的金屬板材可以提升整車的抗腐蝕能力。據不完全統(tǒng)計，歐美汽車白車身中鍍鋅板的應用比例達到90%以上，國內自主品牌汽車白車身中，鍍鋅板的應用尚不足20%。隨著市場對汽車腐蝕性能的關注，國內某些自主品牌白車身加大了鍍鋅板的使用比例。

2 車身腔體結構設計的防腐性分析

汽車涂裝是汽車制造過程中最重要的工藝過程之一，主要提供防腐與裝飾功能。電泳漆膜是車身板材防腐性能的主要保護漆膜，其狀態(tài)直接影響車身的防腐能力。電泳漆膜的防腐質量主要受材料、工藝、生產管理等因素的影響，車身結構的設計也會影響電泳漆膜的質量。受電泳過程的限制，無法實現(xiàn)白車身表面100%的漆膜覆蓋或者各處漆膜厚度不均一。在腔體結構處電泳漆成膜性較差，主要原因是電泳液不易進入腔體結構中，還會形成電場屏蔽，難以電泳。這種結構在車身上多分布在A 柱、B 柱、C 柱、D 柱以及加強梁、縱梁、橫梁等部位。受整車性能的影響，此類結構不可避免，可以通過開孔、增大間隙等方法減少腔體面積，增加電泳液流通性，消除電場屏蔽。

2.1 開孔

開孔可以消除腔體電場屏蔽、增加電泳液在腔體內的流動性，但是開孔同樣會影響此處的結構強度，增加模具成本。所以，一般開孔會與定位孔、裝配孔等共用。開孔設計一般遵循優(yōu)先原則，在不影響性能的條件下，多層板之間開孔，優(yōu)先開對穿孔。對于車身內帶“U 型”結構的加強板區(qū)域，推薦三面增加電泳孔，如圖3 所示，為某車型A 柱加強板的開孔設計。若只能開一個孔，優(yōu)先考慮在整車坐標Z 向最低的面上開孔。另外，孔的形狀不限，面積相同形狀不同的孔可以等效應用，如果受鈑金寬度限制，則以小孔徑，多開孔的形式布置。

開孔直徑與開孔間距隨結構不同，要求不同，表1 為開孔的推薦設計規(guī)范。

圖3 U 型結構的開孔原則Figure 3 Opening principle of U-shaped structure

表1 開孔的設計規(guī)范Table 1 Design specifications for openings

2.2 鈑金間隙

一般多層板材的間隙>5 mm，不同部位的設計要求也不同。上車體區(qū)域鈑金間隙設計，除貼合面外，外板內表面與加強板外表面之間的距離，要求≥7 mm。車架區(qū)域鈑金間隙設計，除貼合面外，車架內部加強板與車架底板的間隙要求≥3 mm。前后側門、發(fā)動機罩及尾門的鈑金間隙設計應滿足如下要求：側門窗框非貼合區(qū)域鈑金間隙≥3 mm，尾門及發(fā)動機罩非貼合區(qū)域的鈑金間隙≥7 mm。其他非貼合區(qū)域鈑金間隙≥5 mm。

3 排液、排氣結構設計的防腐性分析

汽車前處理電泳涂裝通常設計為大型槽體，根據輸送鏈的不同，基本上分為C 形鉤、擺桿鏈等連續(xù)式，rodip 翻轉式等形式。除去rodip 翻轉式的瀝水、排氣效果較好外，其余形式均需要車體有良好的瀝水、排氣設計，否則會導致前處理電泳各槽體串槽，內腔氣包影響磷化膜、電泳漆膜的質量。

3.1 排液結構的設計

排液結構可以用排液孔或排液筋設計，排液孔位置一般在車身最低點，在一定高度范圍內可近似地認為排液體積與所需排液孔的面積成正比，因此車型越小，所需的排液孔的數量及面積越小。常規(guī)排液孔要求設計為沉臺孔，白車身地板排液孔數量一般為10～18 個，直徑為20～40 mm。四門兩蓋的排液孔設計在最低點及靠近左右邊緣的位置，數量一般為2～4 個。圖4 所示為某車型裙板排液結構的設計。

圖4 門檻排液結構的設計Figure 4 Design of drain structure at the threshold

門檻內腔排液孔，要求孔徑Φ≥ 6 mm，數量2～3 個，優(yōu)先布置在前端和后端，其次布置在中部，根據具體結構布置，如圖4a。門檻外腔排液孔孔徑Φ≥12 mm，孔間距為100～150 mm，如圖4b。

3.2 排氣結構的設計

排氣結構主要考慮區(qū)域為頂蓋、B 柱上部、前后門鎖勾、前后輪罩、發(fā)動機罩，尾門等位置。對于排氣孔兼做電泳功能使用孔的，按電泳孔設計要求執(zhí)行，排氣孔半徑R一般在3 mm 以上；排氣孔或筋位置選取在電泳入槽最高點。對不適合開設排氣孔的位置，可以起筋條，或者用其他結構代替。筋條須貫通，且筋條截面面積等效于對應的有效開孔面積，筋條半徑R≥3 mm。

4 涂膠密封設計的防腐性分析

鈑金的切邊由于銳邊效應與毛刺的存在，導致電泳漆膜較薄，防護效果差，需要在門蓋切邊、底盤、裙邊涂覆密封膠、PVC 膠等，起到密封等作用。涂膠設計既要考慮防腐性能，又要考慮操作的便利性。

4.1 焊縫密封膠的設計

焊縫密封膠的涂膠結構設計要求白車身涂膠位置的鈑金搭接間隙尺寸≤3 mm。涂膠位置多層鈑金疊加的結構要求按次序搭接，且鋼板邊緣逐層外露。涂膠位置鈑金接縫方向要求朝向操作者。涂膠路徑上要求避免設計遮擋密封接縫的支架、支柱、加強板等。涂膠位置不應設計有開放的連接或無結構支撐的拐角。涂膠部位鈑金接縫朝向車底的點焊法蘭部位要求設計為“J”型或者“L”型法蘭，避免開放的連接形式，法蘭要求無沖壓缺口；涂膠位置外角重疊搭接部位要求提供平面結構，外角重疊搭接縫隙部位的平面錯邊寬度L≥3 mm。

4.2 點焊密封膠的設計

點焊密封膠的具體設計要求：側圍外板與D 柱上外板及頂蓋接縫、裙邊較低區(qū)域的搭接縫隙，要求點焊密封膠與焊縫密封膠聯(lián)合應用。對進入涂裝車間時已被加強板或支柱遮蓋或在涂裝車間無法涂覆的連接，要求在焊裝車間涂覆點焊密封膠。鈑金接縫朝向車底外部的區(qū)域，建議在全部匹配面上涂覆點焊密封膠，焊裝車身的裝配方向應使點焊密封膠垂直于表面接觸，避免滑動接觸面。焊接的兩個表面上要求提供足夠的焊接空間。

5 結語

汽車車身防腐能力的提升既要在設計階段綜合考慮汽車白車身材料、結構設計對電泳漆上膜的影響，又需要在后續(xù)對沖壓工藝、焊裝工藝、涂裝工藝等過程的穩(wěn)定控制。結合使用適宜有效的試驗評價系統(tǒng)，提升車身整體的防腐性能。